专利名称：一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法、应用该方法的二次锂离子电池或 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，此方法包括采用带孔的箔尤其是金属箔作为锂离子电池的正极或者负极的集流体，优选采用带孔的铝箔作为锂离子电池的正极集流体，采用带孔的铜箔作为锂离子电池的负极集流体。或者至少有一个集流体带有孔。通过应用此方法可以提高锂离子电池的容量和倍率放电性能。本发明还涉及到应用此方法的锂离子电池或电池组。
背景技术：
自1991年，日本Sony公司发明研制出二次锂离子电池并商品化以来，锂离子电池以其高能量密度迅速成为信息工具的首选电源。其应用领域和市场规模日趋扩大。同时客户对于锂离子电池的性能要求也在不断提高。主要集中在能量密度的提高和大电流放电性能的要求上。客户要求锂离子电池能量密度更高，大电流放电性能更好。各锂离子电池制造厂家针对以上客户要求，不断进行研发，通过研发更有效地利用电池的有效空间以提高电池的能量密度，更有效地发挥电池的活性物质的电化学活性以提高其有效利用率。
电池制造厂商大多通过提高其利用空间，提高其活性物质的利用率来提高锂离子电池的性能。目前可以达到这一目的的方法有，采用更薄的集流体和隔膜；采用更有效的添加剂来提高活性物质的有效利用率。但是，由于目前对电池性能提出的跟高要求，仍然需要进一步提高二次锂离子电池的容量和/或倍率放电性能。
经过大量的研究，本发明人发现，通过改进二次锂离子电池所用集流体可以出人意料地提高电池活性物质利用率、提高电池的能量密度和倍率放电性能。
发明内容
在本发明中，通过大量实验提出了以下技术方案。采用带孔的箔作为集流体，尤其采用带孔的铝箔来替代不带孔的铝箔，用带孔的铜箔来替代不带孔的铜箔，可以提高锂离子电池的活性物质利用率、容量和倍率放电性能。
利用本方案制作的锂离子电池可以包括以下部分电极、电解质、隔膜、容器。其中电极包括正极和负极，正极包括正极集流体和涂覆在正极集流体上的正极活性物质；负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体上的负极活性物质；隔膜可以是单纯的固体绝缘层也可以是凝胶物也可以是具有导电性能的固状物；容器是正极、负极、隔膜、电解质的包容体，可以是具有固定形状的容器也可以是由薄膜材料作成的容器。
本发明的目的主要是提供一种提高锂离子电池容量和倍率放电性能的方法以及由此方法制成的二次锂离子电池和电池组。该二次锂离子电池的正负电极集流体至少有一个为带孔的箔材尤其是金属箔材。
实施本发明具体方式本发明提供了具有更高能量密度和更好倍率放电性能的二次锂离子电池和电池组。在本发明中，“锂离子电池或电池组”是指本发明既可应用于锂离子单体电池，也可应用于包括保护电路的单体锂离子电池，也可应用于包括多个单体锂离子电池的电池组，也可应用于包括多个单体锂离子电池及保护电路的电池组，为了简便起见，有时也统称为“锂离子电池”。此外，本发明中“集流体”是指正、负极材料可以在其上进行涂敷能够进行电流传递的金属材料。
本发明提供了一种可以提高锂离子电池容量和倍率放电性能的方法以及利用该方法制成的锂离子电池。在所述方法中，二次锂离子电池单体的正、负电极集流体至少有一个带孔的箔材尤其是金属箔材。利用此方法制成的二次锂离子电池组中单体锂离子电池正负电极集流体至少有一个为带孔的箔材尤其是金属箔材。
以下以非限制方式更具体地介绍适用于本发明方法的二次锂离子电池。二次锂离子电池的一般结构包括正极、负极、非水电解质和将正极与负极相互隔开的隔膜组成。非水电解质通过将含锂的金属锂盐例如LiPF6作为电解质溶解在例如碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯的非水溶剂中而得到。隔膜在上述非水溶剂中不溶解，并且是由例如聚乙烯或聚丙烯树脂制成的多孔膜。也可以是由非水电解质溶液增塑聚合材料得到的含有凝胶电解质类型的固体电解质。
正极正极制备可例如采用通过将正极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合均匀而制成的浆料涂覆在集流体上，接着干燥并压制成电极。
本发明中电池正极活性物质为含锂元素的化合物。虽然在实施例中本发明使用了钴酸锂(即锂钴复合氧化物)、锰酸锂和镍酸锂作为正极活性材料进行了描述，但是应该理解，本发明的实施并不依赖于所述含锂复合氧化物的特性，而可以广泛地适用于各种正极活性材料。他们的共同特点是锂离子可以进行脱出和嵌入。同样本发明也适用于以各种掺杂型的含锂元素作为正极活性物质的锂离子电池，如包括各种氧化物和硫化物的正极活性材料，其实例包括例如，锂钴复合氧化物、锂锰复合氧化物、锂镍复合氧化物、锂镍钴复合氧化物、锂锰钴复合氧化物、和钒氧化物。在这些正极活性材料中，优选使用具有高电池电压的锂钴复合氧化物(例如LiCoO2)、锂锰复合氧化物(例如LiMn2O4)、锂镍复合氧化物(例如LiNiO2)、锂镍钴复合氧化物(例如LiNi1-xCoxO2)、锂锰钴复合氧化物(例如LiMnxCo1-xO2)。
此外，本发明可使用公知的导电剂和粘合剂。正极活性材料中各组分的混合比例可使用公知的比例范围。
隔膜本发明所用的隔膜是公知的隔膜，例如可以是由合成树脂的无纺布、聚乙烯多孔膜或聚丙烯多孔膜以及由此类材料复合而成的材料制成的类型。
负极负极制备可例如采用通过将负极活性材料、导电剂和粘合剂在适当溶剂中混合均匀而制成的浆料涂覆在集流体上，接着干燥并压制成极片。
本发明中电池负极活性物质为锂离子能在其中嵌入和脱出的碳系和非碳系的物质，包括，例如，锂合金(例如，Li4Ti5O12)、金属氧化物(例如非晶态锡氧化物、WO2和MoO2)、TiS2以及能嵌入和脱出锂离子的碳系物。
本发明所用的碳系物包括，例如，石墨、无取向性石墨、焦炭、碳纤维、球形碳、树脂烧结碳和气相生长碳，纳米碳管。因为包含如上所述的特定碳纤维或球形碳的负极表现出高充电效率，特别希望使用中间相沥青基碳纤维或中间相沥青基球形碳充当碳素物。中间相沥青基碳纤维和中间相沥青基球形碳可采用公知的方法获得。
非水电解质和外壳均可采用公知的类型和材料，并未特别限定，非水电解质，例如可以使用，在非水溶剂中溶解电解质而制成的液体非水电解质、将聚合物、非水溶剂和溶解物复合而制成的胶体非水电解质、聚合物固体非水电解质等等。
电池的结构可以是通过卷绕或叠片的方式来形成，可以制成例如柱状、方形等形状。
集流体本发明中所采用的集流体至少有一个为带孔的集流体，该带孔的集流体可以是正极集流体也可以是负极集流体，也可以正、负极都是带孔的集流体。在一个优选的实施方案中，带孔的正极集流体为铝箔。在另一个优选的实施方案中，带孔的负极集流体为铜箔。该带孔的集流体可以通过公知方法例如针刺穿孔、激光打孔等方式制得。
对电池的充放电操作均可采用本领域公知的方式进行。
实施例下面将根据具体的试验结果详细叙述本发明。
单体锂离子电池的制备本发明一个实施例中，使用的单体锂离子电池制作过程如下采用针刺穿孔的铜箔作为负极的集流体，针刺穿孔的铝箔作为正极的集流体，采用除了未穿孔之外相同的铜箔和铝箔作为对比。正极活性物质用钴酸锂，负极活性物质用MCMB。电池型号为方型063048A。将钴酸锂与7％的黏合剂PVDF和5％的导电碳黑混合，按1∶1的比例加入NMP溶剂中，制成正极浆料。负极物质可以直接与10％的黏合剂PVDF进行混合，按1∶1的比例加入，制成负极浆料。将和好的正极浆料用涂敷的方法涂在正极集流体上，负极浆料涂敷在负极集流体上，然后烘干，经过压制后，点上极耳，插入隔膜后，在卷绕机上卷绕后装入电池壳中，电池壳材料可以为铝材或钢材。隔膜为PP材料。将电池壳和电池盖用激光焊接的方法焊接在一起。在相对湿度小于1.5％的环境下进行注液，电解液采用EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1的混合溶剂，电解质为1M六氟磷酸锂，注液后立即封口。
实施例1按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，其所用正极集流体为通用的公知的铝箔，负极为通用的公知的铜箔。上述电池的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为为873毫安时，1C5A容量为795毫安时。
实施例2按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，负极为不打孔的铜箔，正极集流体为带孔的铝箔，其孔率为50％，孔径为100纳米，上述电池的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为为919毫安时，1C5A容量为878毫安时。
实施例3按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，正极为不打孔的铝箔，负极集流体为带孔的铜箔，其孔率为50％，孔径为100纳米，上述电池的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为为921毫安时，1C5A容量为881毫安时。
实施例4
按上述方法制成063048方型的多个锂离子电池，其所用的正极集流体为带孔的铝箔，负极集流体为带孔的铜箔，其负极集流体的孔率为50％，孔径为100纳米，正极集流体的孔率为50％，孔径为100纳米，上述电池的算术平均结果显示电池0.2C5A容量为为938毫安时，1C5A容量为921毫安时。
上述结果显示，将二次锂离子电池的正极集流体换成带孔的铝箔，负极集流体换成带孔的铜箔后，电池的容量和倍率放电性能有了进一步提高。
上述实施例显示应用本发明方法，采用带孔的集流体可以提高锂离子电池的容量和倍率放电性能。适应了目前市场对于二次锂离子电池容量和倍率放电性能提高的要求，具有重大的商业价值。
权利要求
1.一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，其特征在于采用带孔的箔作为锂离子电池正极集流体或者负极集流体。
2.一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，其特征在于采用带孔的金属箔作为锂离子电池正极集流体或者负极集流体。
3.一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，其特征在于采用带孔的铝箔作为锂离子电池正极集流体。
4.一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，其特征在于采用带孔的铜箔作为锂离子电池负极集流体。
5.一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法，其特征在于采用带孔的铝箔作为锂离子电池正极集流体同时采用带孔的铜箔作为负极集流体。
6.二次锂离子电池组或电池组，其特征在于其所用单体锂离子电池由权利要求1-5中任一项所述的方法制成。
全文摘要
本发明提供了一种提高二次锂离子电池容量和倍率放电性能的方法。该方法通过采用其带孔的铜箔作为负极集流体，带孔的铝箔作为正极集流体来提高二次锂离子电池的容量和倍率放电性能。本发明还提供了采用本方法的二次锂离子电池或电池组。
文档编号H01M4/80GK1945878SQ20061015409
公开日2007年4月11日 申请日期2006年9月22日 优先权日2006年9月22日
发明者任晓平, 孙杰 申请人:任晓平, 孙杰